Infrastruktur-Software: Scania-Teststrecke entsteht mit dynamischer 3D-Modellierung

Infrastruktur-Software

Scania-Teststrecke entsteht mit dynamischer 3D-Modellierung

Meg Davis

08.02.2024, 11:57 Uhr, aktualisiert 10.03.2024, 09:24 Uhr

STOCKHOLM

Der schwedische Lkw-Hersteller Scania baut in Södertälje eine neue Teststrecke für autonome und elektrifizierte Fahrzeuge. Mit der hochkomplexen Planung der Strecke wurde der Ingenieurdienstleister AFRY beauftragt. Für diese anspruchsvolle Aufgabe nutzten die Planer die dynamische 3D-Modellierungsumgebung der Infrastruktursoftware „OpenRoads Designer“.

Mit der Entwicklung einer neuen Teststrecke für autonome und elektrifizierte Fahrzeuge hat Scania AFRY beauftragt. | Foto: AFRY

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Angesichts der rasanten Entwicklung von autonomen und elektrifizierten Fahrzeugen entwickelt der schwedische Lkw- und Bushersteller Scania eine neue Teststrecke in Södertälje, 40 Kilometer südwestlich von Stockholm, und investiert dafür rund 1 Milliarde SEK, das sind über 88 Millionen Euro. Die Teststrecke besteht aus mehreren Straßen und Flächen, auf denen schwere Fahrzeuge unter verschiedenen Bedingungen getestet werden können. „Wir müssen zum Beispiel in der Lage sein, verschiedene Verkehrssituationen zu simulieren wie verkehrsreiche städtische Umgebungen, Autobahnzufahrten und hügelige oder kurvenreiche Straßen“, sagte Lars Hult, leitender Projektleiter bei Scania.

Scania Teststrecke: Aufwändige Streckengestaltung

Scania beauftragte den Ingenieurdienstleister AFRY mit dem Entwurf und der technischen Expertise. Die inmitten eines 85 Hektar großen Geländes gelegene Strecke sollte einen dreispurigen, ovalen Hochgeschwindigkeits-Testabschnitt für Fahrzeuge, einen Bereich für Mischverkehr zur Simulation unterschiedlicher Straßenbedingungen, einen multifunktionalen Bremstestbereich sowie Servicebereiche für die Wartung, das Parken und das Aufladen der Fahrzeuge umfassen und musste entsprechend konzipiert werden. Außerdem war es wichtig, dass der Entwurf der Strecke flexibel genug war, um an zukünftige Testszenarien angepasst werden zu können.

Die Arbeit in einer dynamischen 3D-Modellierungsumgebung mit OpenRoads verkürzte die Modellierungszeit um 30 Prozent. | Foto: AFRY

Scania Teststrecke mit komplexer Projektgeometrie

Die Teststrecke umfasst 19 Straßenkilometer mit mehr als 60 Kreuzungen und Knotenpunkten. Das Projekt erforderte die Berücksichtigung von komplexem, hügeligem Gelände und Bodenverhältnissen, die aus organischem Material und Lehm bestanden und die Streckenführung stark einschränkten. Weitere Einschränkungen ergaben sich durch die angrenzende bestehende Infrastruktur, wodurch der Entwurf der Fahrbahn noch komplexer wurde. „Auf der 85 Hektar großen Fläche und der über 19 Kilometer langen Strecke sind alle Arten und Typen von Straßen und Flächen miteinander verbunden und geometrisch voneinander abhängig“, sagte Adam Wieczorek, Gruppenleiter bei AFRY. Die Änderung eines einzelnen Elements würde sich auf die Gestaltung anderer Streckenabschnitte und die bestehende Infrastruktur auswirken. Dadurch gestalten sich der Massenausgleich und die Minimierung der Umweltauswirkungen noch schwieriger. Der Entwurf und Bau der Strecke würden massive Erdarbeiten, Gesteinsabbau und Sprengungen erfordern.

Realistische 3D-Visualisierung für die Scania-Teststrecke

„Die Projektgeometrie und die bestehenden Bedingungen und Einschränkungen machten das Projekt sehr anspruchsvoll“, so Wieczorek. AFRY wollte eine kollaborative Modellierung in einer dynamischen, digitalen 3D-Umgebung implementieren. Dafür brauchten die Planer eine Software, mit der zahlreiche Entwurfsalternativen in den unterschiedlichen Geländegegebenheiten bewertet werden konnten, um Nacharbeiten zu vermeiden, das Änderungsmanagement zu ermöglichen und die Konstruierbarkeit zu gewährleisten. Um der örtlichen Gemeinde und den Interessenvertretern die Entwurfsabsicht vermitteln zu können, mussten die Planer eine realistische 3D-Visualisierung der geplanten Strecke in ihre digitale Lösung integrieren.

Dynamische 3D-Entwurfsumgebung mit OpenRoads Designer

Die Entscheidung der AFRY-Planer fiel auf Software von Bentley-Systems. Die Software lieferte auch dynamische Beziehungen zwischen 3D-Elementen, sodass zahlreiche Alternativen für den Streckenentwurf bewertet und modifiziert werden konnten, um die Konstruierbarkeit zu gewährleisten. „OpenRoads Designer von Bentley hebt sich auf dem Markt für Software für den Infrastrukturentwurf deutlich ab und vereint all diese Funktionen mit einer umfassenden CAD-Daten-Interoperabilität“, so Wieczorek. 3D-Modelle der verschiedenen Streckenbereiche in mehreren CAD-Dateien mit dynamischen Beziehungen vereinfachten die Arbeitsabläufe und die Analyse verschiedener Entwurfsoptionen. Die 3D-Modelle wurden in „LumenRT“ importiert, um visuelle Animationen und Live Cubes zur interaktiven Überprüfung des Entwurfs und zur visuellen Bewertung des Projekts zu erstellen.

„Die Software von Bentley stellte dem Team von AFRY eine kollaborative und interoperable Entwurfsumgebung zur Verfügung, in der technische Ideen relativ einfach in die datenreichen 3D-Modelle eingebracht und dann den Projektbeteiligten mit anschaulichen Visualisierungen vermittelt werden konnten.“ Adam Wieczorek, Gruppenleiter, AFRY

Infrastruktur-Software hilft bei Gestaltung der Fahrbahnoberfläche

Die Integration von LiDAR-Vermessungsdaten zur Erstellung digitaler Geländemodelle in OpenRoads verschaffte AFRY ein besseres Verständnis der Bodenverhältnisse. Auf der Grundlage der Modelle führten die Planer genaue Erdbauberechnungen und Massenausgleiche für jede Entwurfsvariante durch. Die Infrastruktursoftware von Bentley konnte die umfangreichen Projektdaten problemlos verarbeiten und half bei der optimalen Gestaltung der Fahrbahnoberfläche. Mithilfe der Software lief die Analyse der unterschiedlichen Oberflächenparameter und -kräfte automatisiert ab, die gebraucht werden, um die hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten auf der begrenzten Länge des Rundkurses zu berücksichtigen.

OpenRoads erstellt automatisch 2D-Modelle aus 3D-Modellen

Obwohl der dynamische digitale Entwurf und die 3D-Arbeitsergebnisse der Schlüssel zum Projekterfolg waren, wurden für die Genehmigung immer noch traditionelle 2D-Modelle benötigt. OpenRoads automatisierte nicht nur das Optioneering, sondern auch die Zeichnungserstellung, indem es die erforderlichen Zeichnungen direkt aus den 3D-Modellen erstellte. „Durch diese Automatisierung und die dynamischen 3D-Beziehungen zwischen den Elementen konnten wir eine Menge Arbeitsstunden einsparen“, so Wieczorek. Mit der dynamischen OpenRoads-Umgebung konnte AFRY ein Optioneering durchführen, das heißt mehrere Optionen analysieren, um diejenige mit den geringsten Auswirkungen auf die Umwelt zu ermitteln und gleichzeitig das Projektbudget einzuhalten.

Der digitale Ansatz reduzierte die Umweltauswirkungen der Teststrecke. Das Projekt wurde Scania pünktlich und innerhalb des Budgets übergeben. | Foto: AFRY

OpenRoads spart viel Arbeitszeit

Mit präzisen geotechnischen Daten und LiDAR-basierten digitalen Geländemodellen konnten die Planer den Verschleiß minimieren sowie den Massenausgleich und die Konstruierbarkeit optimieren. Im Vergleich zur Aktualisierung statischer 3D-Elemente sparte AFRY durch die progressive digitale Modellierung 30 Prozent Arbeitszeit für die Evaluierung alternativer Entwurfslösungen. Der modellzentrierte Ansatz verringerte auch die benötigte Zeit für die Zeichnungserstellung um 20 Prozent, gewährleistete eine vollständige Datenkonsistenz und sparte etwa 80 Stunden bei der Mengenberechnung durch die Extraktion von Leistungsverzeichnissen direkt aus den Modellen. „Das Projekt wurde dem Kunden pünktlich und innerhalb des Budgets übergeben“, bestätigt Wieczorek.

Digitalisierung unterstützt nachhaltige Verkehrslösungen

Detaillierte Untersuchungen von 3D-Modellen und animierten Visualisierungen in LumenRT ergaben, dass es in der Entwurfsphase nur wenige Überschneidungen und Unstimmigkeiten bei den Straßenverbindungen gab. Dadurch wurden kostspielige Fehler und Nacharbeiten während der Bauphase vermieden, was zu Einsparungen in Millionenhöhe führte. Der dynamische digitale Ansatz von AFRY sorgte auch für ein Gleichgewicht bei den Erdarbeiten und reduzierte so die Umweltauswirkungen. Das entspricht dem eigentlichen Ziel des Projekts: der Verringerung des CO2-Fußabdrucks durch nachhaltigen Verkehr. „Wir freuen uns sehr, dass wir mit Scania zusammenarbeiten und einen Beitrag zu seiner Mission leisten können, eine Welt mit umweltfreundlicher Mobilität zu schaffen“, so Wieczorek.